現(xiàn)代數(shù)字信號處理對實時性提出了很高的要求，當最快的數(shù)字信號處理器(DSP)仍無法達到速度要求時，唯一的選擇是增加處理器的數(shù)目，或采用客戶定制的門陣列產(chǎn)品。隨著可編程邏輯器件技術的發(fā)展，具有強大并行處理能力的現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)在成本、性能、體積等方面都顯示出了優(yōu)勢。本文以此為背景，研究了基于FPGA的快速傅立葉變換、數(shù)字濾波、相關運算等數(shù)字信號處理算法的高效實現(xiàn)。 首先，針對圖像聲納實時性的要求和FPGA片內資源的限制，設計了級聯(lián)和并行遞歸兩種結構的FFT處理器。文中詳細討論了利用流水線技術和并行處理技術提高FFT處理器運算速度的方法，并針對蝶形運算的特點提出了一些優(yōu)化和改進措施。 其次，分析了具有相同結構的數(shù)字濾波和相關運算的特點，采用了有乘法器和無乘法器兩種結構實現(xiàn)乘累加(MAC)運算。無乘法器結構采用分布式算法(DA)，將乘法運算轉化為FPGA易于實現(xiàn)的查表和移位累加操作，顯著提高了運算效率。此外，還對相關運算的時域多MAC方法及頻域FFT方法進行了研究。 最后，完成了圖像聲納預處理模塊。在一片EP2S60上實現(xiàn)了對160路信號的接收、濾波、正交變換以及發(fā)送等處理。實驗表明，本論文所有算法均達到了設計要求。
標簽： FPGA 數(shù)字信號處理 算法研究
上傳時間： 2013-06-09
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由于移動環(huán)境的復雜性，無線信號在發(fā)送傳輸和接收過程中有很明顯的衰落現(xiàn)象，特別是在高頻無線通信中，多徑衰落或頻率選擇性衰落對無線信號的干擾最為嚴重。通過分集接收技術，Rake接收機在CDMA移動通信系統(tǒng)中抗多徑衰落效果尤為明顯。作為一種新穎的多址接入方式，多載波CDMA充分利用了OFDM最優(yōu)頻率利用率以及CDMA的多址和頻率分集，且系統(tǒng)容量和抗符號間干擾性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的單載波CDMA。這些特性使得多載波CDMA成為未來的寬帶無線通信系統(tǒng)最有希望的候選。 @@ 本文研究了一種多載波擴頻通信系統(tǒng)，介紹了其Rake接收機工作原理和設計思想，進行了理論仿真并用FPGA予以實現(xiàn)。 @@ 本文首先介紹了移動通信系統(tǒng)的發(fā)展歷史以及OFDM和CDMA技術原理，并描述了OFDM和CDMA結合的三種系統(tǒng)（MC-DS-CDMA、MT-CDMA、MC-CDMA）的原理和系統(tǒng)模型；接著，介紹了目前影響移動通信的主要衰落以及Rake接收機基本原理及其作用。多徑信號的每路信號都可能含有可以利用的信息，Rake接收機就是通過多個相關接收器接收多徑信號中各路信號，通過信道估計和信道補償消去信道因子的附加相位，并把他們合并在一起，以此來改善信號的信噪比和系統(tǒng)的可靠性；在此基礎上，論文提出了一種多載波擴頻通信系統(tǒng)的實現(xiàn)方案，并詳細介紹了其Rake接收機實現(xiàn)原理，給出了最大比合并時各種分徑數(shù)目下系統(tǒng)誤碼率的仿真圖；最后介紹了此方案中Rake接收機的FPGA硬件實現(xiàn)設計方案及其系統(tǒng) 測試結果。@@ 仿真結果顯示出隨著分集徑數(shù)的增加，系統(tǒng)的誤碼率顯著降低。表明Rake接收機抗多徑衰落效果顯著，且在多載波CDMA系統(tǒng)中其分集效果更好，實現(xiàn)相對簡單。最終Rake接收機的FPGA實現(xiàn)結果同理論仿真一致，時序通過，資源耗費不大，具有較大的實用價值。 @@關鍵詞：多載波擴頻通信，CDMA，Rake接收機，F(xiàn)PGA
上傳時間： 2013-07-25
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隨著半導體制造技術不斷的進步，SOC(System On a Chip)是未來IC產(chǎn)業(yè)技術研究關注的重點。由于SOC設計的日趨復雜化，芯片的面積增大，芯片功能復雜程度增大，其設計驗證工作也愈加繁瑣。復雜ASIC設計功能驗證已經(jīng)成為整個設計中最大的瓶頸。 使用FPGA系統(tǒng)對ASIC設計進行功能驗證，就是利用FPGA器件實現(xiàn)用戶待驗證的IC設計。利用測試向量或通過真實目標系統(tǒng)產(chǎn)生激勵，驗證和測試芯片的邏輯功能。通過使用FPGA系統(tǒng)，可在ASIC設計的早期，驗證芯片設計功能，支持硬件、軟件及整個系統(tǒng)的并行開發(fā)，并能檢查硬件和軟件兼容性，同時還可在目標系統(tǒng)中同時測試系統(tǒng)中運行的實際軟件。FPGA仿真的突出優(yōu)點是速度快，能夠實時仿真用戶設計所需的對各種輸入激勵。由于一些SOC驗證需要處理大量實時數(shù)據(jù)，而FPGA作為硬件系統(tǒng)，突出優(yōu)點是速度快，實時性好。可以將SOC軟件調試系統(tǒng)的開發(fā)和ASIC的開發(fā)同時進行。 此設計以ALTERA公司的FPGA為主體來構建驗證系統(tǒng)硬件平臺，在FPGA中通過加入嵌入式軟核處理器NIOS II和定制的JTAG(Joint Test ActionGroup)邏輯來構建與PC的調試驗證數(shù)據(jù)鏈路，并采用定制的JTAG邏輯產(chǎn)生測試向量，通過JTAG控制SOC目標系統(tǒng)，達到對SOC內部和其他IP(IntellectualProperty)的在線測試與驗證。同時，該驗證平臺還可以支持SOC目標系統(tǒng)后續(xù)軟件的開發(fā)和調試。 本文介紹了芯片驗證系統(tǒng)，包括系統(tǒng)的性能、組成、功能以及系統(tǒng)的工作原理；搭建了基于JTAG和FPGA的嵌入式SOC驗證系統(tǒng)的硬件平臺，提出了驗證系統(tǒng)的總體設計方案，重點對驗證系統(tǒng)的數(shù)據(jù)鏈路的實現(xiàn)進行了闡述；詳細研究了嵌入式軟核處理器NIOS II系統(tǒng)，并將定制的JTAG邏輯與處理器NIOS II相結合，構建出調試與驗證數(shù)據(jù)鏈路；根據(jù)芯片驗證的要求，設計出軟核處理器NIOS II系統(tǒng)與PC建立數(shù)據(jù)鏈路的軟件系統(tǒng)，并完成芯片在線測試與驗證。 本課題的整體任務主要是利用FPGA和定制的JTAG掃描鏈技術，完成對國產(chǎn)某型DSP芯片的驗證與測試，研究如何構建一種通用的SOC芯片驗證平臺，解決SOC驗證系統(tǒng)的可重用性和驗證數(shù)據(jù)發(fā)送、傳輸、采集的實時性、準確性、可測性問題。本文在SOC驗證系統(tǒng)在芯片驗證與測試應用研究領域，有較高的理論和實踐研究價值。
上傳時間： 2013-05-25
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高速大容量數(shù)據(jù)采集存儲技術在通信、航天、氣象、雷達等多個領域中擁有著廣泛應用。各領域科技與信息技術不斷發(fā)展，對數(shù)據(jù)的采集和傳輸速率要求越來越高，對數(shù)據(jù)存儲的速度和容量要求也越來越高。高速數(shù)據(jù)存儲主要包括存儲介質選取、存儲器控制、數(shù)據(jù)存儲和總線應用等，如何實時、高速、連續(xù)大量地采集存儲數(shù)據(jù)是一個關鍵性問題。 本文設計了一種基于FPGA控制的高速數(shù)據(jù)采集存儲系統(tǒng)。該系統(tǒng)選用符合ATA-6規(guī)范的IDE硬盤作為數(shù)據(jù)存儲介質，采用RAID0配置的磁盤陣列形式，并配合板載的128MB內存實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的高速大容量穩(wěn)定存儲。 該磁盤陣列同時管理五個IDE硬盤，平均數(shù)據(jù)流達到250MB/s，峰值傳輸速率達到500MB/s，也可以擴展更多硬盤構成大容量的磁盤陣列。系統(tǒng)采用PCI-9054橋芯片與計算機連接，可同時存儲四路AD數(shù)據(jù)，可以通過人機交互界面實時監(jiān)控數(shù)據(jù)采集情況，在計算機上實現(xiàn)整個磁盤陣列的實時控制。
標簽： FPGA 高速數(shù)據(jù) 采集
上傳時間： 2013-06-14
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國家863項目“飛行控制計算機系統(tǒng)FC通信卡研制”的任務是研究設計符合CPCI總線標準的FC通信卡。本課題是這個項目的進一步引伸，用于設計SCI串行通信接口，以實現(xiàn)環(huán)上多計算機系統(tǒng)間的高速串行通信。 本文以此項目為背景，對基于FPGA的SCI串行通信接口進行研究與實現(xiàn)。論文先概述SCI協(xié)議，接著對SCI串行通信接口的兩個模塊：SCI節(jié)點模型模塊和CPCI總線接口模塊的功能和實現(xiàn)進行了詳細的論述。 SCI節(jié)模型包含Aurora收發(fā)模塊、中斷進程、旁路FIFO、接受和發(fā)送存儲器、地址解碼、MUX。在SCI節(jié)點模型的實現(xiàn)上，利用FPGA內嵌的RocketIO高速串行收發(fā)器實現(xiàn)主機之間的高速串行通信，并利用Aurora IP核實現(xiàn)了Aurora鏈路層協(xié)議；設計一個同步FIFO實現(xiàn)旁路FIFO；利用FPGA上的塊RAM實現(xiàn)發(fā)送和接收存儲器；中斷進程、地址解碼和多路復合分別在控制邏輯中實現(xiàn)。 CPCI總線接口包括PCI核、PCI核的配置模塊以及用戶邏輯三個部分。本課題中，采用FPGA+PCI軟核的方法來實現(xiàn)CPCI總線接口。PCI核作為PCI總線與用戶邏輯之間的橋梁：PCI核的配置模塊負責對PCI核進行配置，得到用戶需要的PCI核；用戶邏輯模塊負責實現(xiàn)整個通信接口具體的內部邏輯功能；并引入中斷機制來提高SCI通信接口與主機之間數(shù)據(jù)交換的速率。 設計選用硬件描述語言VerilogHDL和VHDL，在開發(fā)工具Xilinx ISE7.1中完成整個系統(tǒng)的設計、綜合、布局布線，利用Modelsim進行功能及時序仿真，使用DriverWorks為SCI串行通信接口編寫WinXP下的驅動程序，用VC++6.0編寫相應的測試應用程序。最后，將FPGA設計下載到FC通信卡中運行，并利用ISE內嵌的ChipScope Pro虛擬邏輯分析儀對設計進行驗證，運行結果正常。 文章最后分析傳輸性能上的原因，指出工作中的不足之處和需要進一步完善的地方。
上傳時間： 2013-04-24
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隨著數(shù)字圖像處理技術的發(fā)展，圖像處理系統(tǒng)在日常生活、工業(yè)、軍事和醫(yī)療方面等許多領域得到了廣泛的應用。 本論文圍繞視頻圖像處理器的設計以及圖像增強算法的研究，開展了以下方面的研究： 1.對基于拉普拉斯算子的灰度圖像增強算法、基于飽和度分量反饋的自適應亮度增強算法及其改進算法進行了仿真，并分別對增強前后的灰度圖像和彩色圖像進行了比較。 2.提出了一個視頻圖像處理器的硬件實現(xiàn)方案。該方案以FPGA為核心，具有較強的圖像實時處理能力，具有1路視頻輸入端口和1路視頻輸出端口，以及PCI接口和2個UART串行接口。 3.完成了視頻圖像處理器的原理圖設計、印制板圖設計。在印制板圖設計中，應用信號完整新分析的理論，對高速電路的布局和布線進行了優(yōu)化設計，保證了硬件電路的性能。
上傳時間： 2013-06-13
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隨著TD—SCDMA技術的不斷發(fā)展，TD—SCDMA系統(tǒng)產(chǎn)品也逐步成熟并隨之完善。產(chǎn)品家族日益豐富，室內型宏基站、室外型宏基站、分布式基站(BBU+RRU)、微基站等系列化基站產(chǎn)品逐步問世，可以滿足不同場景的建網(wǎng)需求。而分布式基站(BBU+RRU)越來越多地受到業(yè)界的關注和重視。 本文主要從TD—SCDMA頻點拉遠系統(tǒng)(RRU)和軟件無線電技術的發(fā)展入手，重點研究TD—SCDMA頻點拉遠系統(tǒng)的FPGA設計與實現(xiàn)。TD—SCDMA通信系統(tǒng)通過靈活分配不同的上下行時隙，實現(xiàn)業(yè)務的不對稱性，但是多路數(shù)字中頻所構成的系統(tǒng)成本高和控制的復雜性，以及TDD雙工模式下，系統(tǒng)的峰均比隨時隙數(shù)增加而增加，對整個頻點拉遠系統(tǒng)的前端放大器線性輸入提出了很高的要求。TD—SCDMA系統(tǒng)使用軟件無線電平臺，一方面軟件算法可以有效保證時隙分配的準確性，保證對前端控制器的開關控制，以及對上下行功率讀取計算和子幀的靈活提取，另一方面靈活的DUC/CFR算法可以有效的提高頻帶利用率和抗干擾能力，有效的控制TDD系統(tǒng)的峰均比，有效降低系統(tǒng)對前端放大器線性輸出能力的要求。 本文主要研究軟件無線電中DUC和CFR的關鍵技術以及FPGA實現(xiàn)，DUC主要由3倍FIR內插成型濾波器、2倍插值補償濾波器以及5級CIC濾波器級聯(lián)組成；而CFR主要采用類似基帶削峰的加窗濾波的中頻削峰算法，可以降低相鄰信道的溢出，更有效的降低CF值。將DUC/CFR以單片F(xiàn)PGA實現(xiàn)，能很好提高RRU性能，減少其硬件結構，降低成本，降低功耗，增加外部環(huán)境的穩(wěn)定性。
上傳時間： 2013-07-20
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基于∑-△噪聲整形技術和過采樣技術的數(shù)模轉換器(DAC)可以可靠地把數(shù)字信號轉換成為高精度的模擬信號。采用這一結構進行數(shù)模轉換具有諸多優(yōu)點,例如極低的失配噪聲和高的可靠性,便于作為IP模塊嵌入到其他芯片系統(tǒng)中等,更重要的是可以得到其他DAC結構所無法達到的精度和動態(tài)范圍。在高精度測量、音頻轉換、汽車電子等領域有著廣泛的應用價值。 由于非線性和不穩(wěn)定性的存在,高階∑-△調制器的設計與實現(xiàn)存在較大的難度。本設計綜合大量文獻中的經(jīng)驗原則和方法,首先闡述了∑-△調制器的一般原理,并討論了一般結構調制器的設計過程,然后描述了穩(wěn)定的高階高精度調制器的設計流程。根據(jù)市場需求,設定了整個設計方案的性能指標,并據(jù)此設計了達到16bit精度和滿量程輸入范圍的三階128倍過采樣調制器。 本設計采用∑-△結構,根據(jù)系統(tǒng)要求設計了量化器位數(shù)、調制器過采樣比和階數(shù)。在分析高階單環(huán)路調制器穩(wěn)定性的基礎上,成功設計了六位量化三階單環(huán)路調制器結構。在16比特的輸入信號下,達到了90dB左右的信噪比。該設計已經(jīng)在Cyclone系列FPGA器件下得到硬件實現(xiàn)和驗證,并實現(xiàn)了實時音頻驗證。測試表明,該DAC模塊輸出信號的信噪比能滿足16比特數(shù)據(jù)轉換應用的分辨率要求,并具備良好的兼容性和通用性。 本設計可作為IP核廣泛地在其他系統(tǒng)中進行復用,具有很強的應用性和一定的創(chuàng)新性。
上傳時間： 2013-07-10
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同步技術在許多通訊系統(tǒng)中都是至關重要的，而WCDMA作為第三代移動通信的標準之一，對其同步算法進行研究是非常必要的。FPGA在許多硬件實現(xiàn)中充當了很重要的角色，所以研究如何在FPGA上實現(xiàn)同步算法是非常具有實際意義的。 本文討論了三步小區(qū)搜索的算法，仿真了其性能，并且對如何進行算法的FPGA移植展開了深入的討論。 本文對三步小區(qū)搜索的算法按照算法計算量和運算速度的標準分別進行了比較和討論，并以節(jié)省資源和運行穩(wěn)定為前提進行了FPGA移植。最終在主同步中提出了改進型的PSC匹配濾波器算法，在FPGA上提出了采用指針型雙口RAM的實現(xiàn)方式；在輔同步中提出了改進型PFHT算法并采用查表遍歷算法判決，在FPGA上提出了用綜合型邏輯方式來實現(xiàn)；在導頻同步中采用了移位寄存器式擾碼生成算法，并引入了計分制判決算法。 與以往的WCDMA同步的FPGA實現(xiàn)相比，本文提出的實現(xiàn)方案巧妙地利用了FPGA的并行運算結構，在XILINX的V4芯片上只用了500個slice就完成了整個小區(qū)搜索，最大限度地節(jié)省了資源，為小區(qū)搜索在FPGA中的模塊小型化提供了途徑。
上傳時間： 2013-08-05
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直接數(shù)字頻率合成(DDS)是七十年代初提出的一種新的頻率合成技術，其數(shù)字結構滿足了現(xiàn)代電子系統(tǒng)的許多要求，因而得到了迅速的發(fā)展。現(xiàn)場可編程門陣列器件(FPGA)的出現(xiàn)，改變了現(xiàn)代電子數(shù)字系統(tǒng)的設計方法，提供了一種全新的設計模式。本論文結合這兩項技術，并利用單片機控制靈活的特點，開發(fā)了一種雙通道波形發(fā)生器。在實現(xiàn)過程中，選用了Altera公司的EP1C6Q240C8芯片作為產(chǎn)生波形數(shù)據(jù)的主芯片，充分利用了該芯片的超大集成性和快速性。在控制芯片上選用ATMAL的AT89C51單片機作為控制芯片。本設計中，F(xiàn)PGA芯片的設計和與控制芯片的接口設計是一個難點，本文利用Altera的設計工具Quartus Ⅱ并結合Verilog-HDL語言，采用硬件編程的方法很好地解決了這一問題。 本文首先介紹了波形發(fā)生器的研究背景和DDS的理論。然后詳盡地敘述了用EP1C6Q240C8完成DDS模塊的設計過程，這是設計的基礎。接著分析了整個設計中應處理的問題，根據(jù)設計原理就功能上進行了劃分，將整個儀器功能劃分為控制模塊、外圍硬件、FPGA器件三個部分來實現(xiàn)。然后就這三個部分分別詳細地進行了闡述。并且通過系列實驗，詳細地分析了該波形發(fā)生器的功能、性能、實現(xiàn)和實驗結果。最后，結合在設計中的一些心得體會，提出了本設計中的一些不足和改進意見。通過實驗說明，本設計達到了預定的要求，并證明了采用軟硬件結合，利用FPGA實現(xiàn)基于DDS架構的雙路波形發(fā)生器是可行的。
上傳時間： 2013-06-09
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